10 млрд и 14 лет задержки: почему все так ждали запуска телескопа «Уэбб»
Анастасия Никифорова
24 декабря 2021
«Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) станет преемником телескопа-ветерана «Хаббл». Обсерватории предстоит выполнять широчайший спектр задач: от изучения объектов в Солнечной системе до поиска возможных следов жизни во Вселенной. Ориентировочная стоимость проекта составляет $10 млрд. При этом, изначально старт нового телескопа намечался еще на 2007 год. Затем последовательно назывались 2014, 2015, 2018, 2019 года и март 2021-го. Почему телескоп пришлось ждать так долго и этот проект не забросили?
В чем миссия телескопа?
«Уэбб» разработали, чтобы «увидеть» первые звезды и галактики, которые когда-либо формировались в ранней Вселенной. Он может обнаруживать объекты в 10 миллиардов раз слабее, чем самые тусклые звезды, видимые без телескопа, или в 10–100 раз слабее, чем те, что может наблюдать «Хаббл».
Телескоп будет выполнять две основные задачи. Его первая миссия — исследовать ранние фазы мироздания, собирая инфракрасный свет из космоса, чтобы больше узнать о происхождении Вселенной. Вторая миссия — обнаруживать планеты, которые находятся за пределами Солнечной системы, и исследовать их атмосферы на наличие признаков жизни.
Почему проект столько задерживали?
Стоимость проекта неоднократно увеличивалась, а дата запуска — постоянно откладывалась. В июне 2011 года стало известно, что стоимость телескопа превысила изначальные расчеты по меньшей мере в четыре раза. В бюджете НАСА на 2011 год предполагалось прекращение финансирования строительства телескопа из-за плохого управления и превышения бюджета программы, но после его пересмотрели, и проект сохранил финансирование. В 2013 году на постройку телескопа было выделено $626,7 млн. К весне 2018 года стоимость проекта возросла до $9,66 млрд.
Возможно, проект реализовывали очень долго из-за сложного оборудования «Уэбба». Чувствительность телескопа и его разрешающая способность напрямую связаны с размером площади зеркала, которое собирает свет от объектов. Оказалось, что размер зеркала должен быть не меньше 6,5 метра, чтобы измерить свет от самых далеких галактик. Работать «по лекалам» предшественника JWST — телескопа «Хаббла» было нельзя. Иначе он был бы слишком тяжелым для запуска в космос.
Возможно, проект реализовывали очень долго из-за сложного оборудования «Уэбба». Фото: Википедия
Для решения проблемы в США создали программу Advanced Mirror System Demonstrator (AMSD). Четыре года НАСА, Национальное управление военно-космической разведки США и Военно-воздушные силы США проводили исследования, в итоге, инженеры построили и проверили два зеркала. Эксперты выбрали то, которое состоит из бериллия. Одна из причин выбора заключается в том, что этот материал сохраняет свою форму при криогенных температурах.
Также ученые приняли решение сделать зеркало не цельным, а из сегментов, которые будут раздвинуты на орбите, так как габариты цельного зеркала не позволили бы его разместить в ракете-носителе «Ариан-5». Размер каждого из 18 шестиугольных сегментов зеркала составляет 1,32 метра — от ребра до ребра, масса непосредственно самого зеркала в каждом сегменте — 20 кг, а масса всего сегмента в сборке (вместе с приводами точного позиционирования и т. д.) — 40 кг. Также много времени заняли все проверки и настройка 132 приводов, которые отвечают за развертывание 18 сегментов.
Что особенного в телескопе «Уэбб»?
Телескоп, оснащенный самым сложным оборудованием, сможет заглядывать в самые далекие уголки космоса на расстояние до 13,8 млрд световых лет. Собранные данные позволят ученым лучше понять процессы формирования звезд и галактик сразу после Большого взрыва. По сути, телескоп позволит ученым заглядывать «назад во времени» на Вселенную на миллиарды лет назад.
«Уэбб» попробует увидеть, как загорелся первый свет во Вселенной
Пол Гейтнер, руководитель проекта НАСА, работал над телескопом в интервью для Los Angeles Times
JWST оснащен четырьмя научными приборами, которые помогают ему проводить наблюдения:
— камера ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Camera);
— прибор для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения (англ. Mid-Infrared Instrument, MIRI);
— спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (англ. Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec;
— датчик точного наведения (англ. Fine Guidance Sensor, FGS) и устройство формирования изображения в ближнем инфракрасном диапазоне и бесщелевой спектрограф (англ. Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph, NIRISS).
Космический телескоп предназначен для улавливания самого далекого света, чтобы ученые изучили первые звезды во Вселенной. На это не был способен ни один из его предшественников. Уникальность «Уэбба» не только в его размере, но и в его способности воспринимать инфракрасный свет. И вот почему это важно.
Уникальность «Уэбба» не только в его размере, но и в его способности воспринимать инфракрасный свет. Фото: НАСА
Когда Вселенная расширяется, световые волны от самых ранних звезд и галактик растягиваются. К тому времени, когда эти волны достигают нас, они становятся слишком длинными, чтобы их воспринять как видимый свет. Вместо этого они выглядят как инфракрасные. Они легко проходят через облака, состоящие из газа и пыли. Принимая ИК-свет, телескоп может видеть сквозь объекты, которые в противном случае блокировали бы его обзор. Похожим образом работают рентгеновские лучи для создания изображений структур внутри человеческого тела.
Да, прошлые телескопы могли улавливать ИК-свет, но только в более ограниченном диапазоне длин волн. «Уэбб» заполнит большой пробел, обнаружив световые волны от самых первых звезд и галактик во Вселенной.
«Уэбб» увидит то, что не смогли сделать другие телескопы
Благодаря «Уэббу» ученые смогут получить изображения с более высоким разрешением, чем это было возможно с любым другим инфракрасным телескопом до этого. Ключ к успеху — большое зеркало, 18 шестиугольных частей которого помогут ему поглощать как можно больше инфракрасного света.
Сравнение зеркал двух телескопов. Фото: НАСА
Поскольку ИК-свет имеет длину волны в 10 раз шире видимого света, «Уэббу» требовалось зеркало значительно большего размера, чем у «Хаббла». В результате получилось позолоченное зеркало, которое в 2,7 раза больше, чем у предшественника. Хотя в более старых телескопах, таких как Herschel и Spitzer, использовались инфракрасные датчики, они не могли обеспечить такое же качество изображений из-за небольшого размера зеркала.
Непростой запуск
Такое оборудование усложняет обслуживание телескопа. После запуска произвести физический ремонт «Уэбба» будет невозможно. Таким образом, каждый шаг в его развертывании должен проходить идеально, чтобы миссия увенчалась успехом. Из-за своего размера телескоп придется сложить перед загрузкой в ракету. В таком компактном состоянии он будет защищен от тряски при выходе из атмосферы Земли.
Ветеран астрономии «Хаббл» находится довольно близко к низкой околоземной орбите, но «Уэбб» улетит гораздо дальше, в гравитационно стабильную точку в 1,5 млн км от Земли, известную как точка Лагранжа 2 (L2). Когда он достигнет этого места, операторы JWST в НАСА развернут солнцезащитный экран. В течение двух недель сложная система штифтов, шестерен и кабелей затянет пять тонких, как мешок для мусора, листов изоляционного материала Kapton. Через несколько недель в космосе распахнется и само огромное зеркало «Уэбба».
Что будет дальше?
По плану, обсерватория начнет отправлять научные данные на Землю примерно через шесть месяцев после развертывания. Первоначальная миссия «Уэбба» по исследованию моментов после Большого взрыва продлится от 5 до 10 лет, хотя, если все пойдет хорошо, ее можно будет продлить. Некоторые из величайших открытий JWST, вероятно, станут ответами на вопросы, которые еще никто не задавал, уверены ученые.
